Verfahren zur Vermeidung von Hörschäden und Gehörschutzeinrichtung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermeidung von Hörschäden nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Gehörschutzeinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6.
Das menschliche Ohr ist eines der wichtigsten und zugleich sensibelsten Sinnesorgane. Speziell bei Menschen, die über längere Zeiträume nicht unerheblichen Schallpegeln ausgesetzt sind, muß eine Schädigung des Gehörs vermieden werden. Aus diesem Grunde wird schon seit längerem die Forderung erhoben, den am menschlichen Ohr auftreffenden Schalldruck auf ein für das menschliche Gehör erträgliches Maß zu begrenzen. Dies trifft insbesondere auf Personen zu, die über längere Zeiträume einer Beschallung durch Kopfhörer ausgesetzt sind. Da der Schall in diesem Falle unmittelbar von einem im Kopfhörer angeordneten Lautsprecher auf das Trommelfell des Gehörs übertragen wird, muß eine Schädigung durch einen zu hohen Schalldruckpegel vermieden werden.
In der Vergangenheit wurden hierfür insbesondere sogenannte Audio-Limiter eingesetzt, welche eine elektrische Ausgangsgröße, beispielsweise die Ausgangsspannung des Kopfhörerverstärkers, auf einen bestimmten Maximalwert beschränken.
Darüber hinaus sind auch Warneinrichtungen bekannt, welche bei Überschreiten einer bestimmten Lautstärke ein optisches Signal ausgeben. Eine solche Warneinrichtung geht beispielsweise aus der DE 41 37 605 A1 hervor.
Limiter begrenzen zwar das elektrische Ausgangssignal, mit dem der Schallwandler beaufschlagt wird, sie lassen jedoch akustische Kenngrößen des Schallwandlers, zum Beispiel des Kopfhörers, völlig außer acht. So existieren beispielsweise sehr große Schalldruckpegelunterschiede bei unterschiedlichen Kopfhörermodellen, die mit der gleichen Signalspannung angesteuert werden. Der von einem Kopfhörer erzeugte Schalldruck hängt demnach davon ab, welches Kopfhörermodell verwendet wird. Problematisch ist auch, daß derartige Schallbegrenzer oder Limiter lediglich in der Lage sind, das Audiosignal auf einen bestimmten momentanen Maximalpegel zu beschränken. Dieser Maximalpegel ist jedoch für den Grad einer Hörschädigung nicht alleine maßgeblich. Vielmehr hat sich gezeigt, daß das Auftreten kurzer Signalspitzen, die von einem solchen Limiter beseitigt werden, sogar weniger schädlich für das menschliche Gehör sind als dies allgemein angenommen wird. Ausschlaggebend für das Maß einer Gehörschädigung ist vielmehr die "Lärmdosis", der eine Person ausgesetzt war. Unter dieser Lärmdosis, auch "Beurteilungspegel" genannt, wird der Schalldruck verstanden, der über einen bestimmten Zeitraum auf das Gehör der Person eingewirkt hat.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Vermeidung von Hörschäden einer Person und eine Gehörschutzeinrichtung zu vermitteln, durch welche die Lärmdosis, die auf eine Person einwirkt, ermittelt und berücksichtigt werden kann, um so zu verhindern, daß die Person einer schädlichen Lärmdosis ausgesetzt ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Vermeidung von Hörschäden mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Gehörschutzeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des Verfahrens zur Vermeidung von Hörschäden und der Gehörschutzeinrichtung sind Gegenstand der auf Anspruch 1 und 6 rückbezogenen Unteransprüche.
Grundidee der Erfindung ist es, den tatsächlich an den Ohren einer Person anliegenden Schalldruck zu ermitteln und hieraus die der Person zugeführte "Lärmdosis" für die gesamte Dauer der Schalleinwirkung zu bestimmen.
Zur Bestimmung der Lärmdosis wird zunächst der Schalldruck des Schallsignals ermittelt, sodann wird über ein vorgegebenes Zeitintervall das Flächenintegral des Schalldrucks, im folgenden kurz Lärmdosis oder Beurteilungspegel genannt, bestimmt und das Verhältnis dieses Zeitintegrals des Schalldrucks zu einem vorgegebenen maximalen Beurteilungspegel gebildet und ausgegeben und/oder angezeigt.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist dabei vorgesehen, diese Lärmdosis, das heißt das Zeitintegral des Schalldrucks, als prozentualen Anteil eines vorgebbaren maximalen Beurteilungspegels zu bestimmen und auszugeben und/oder anzuzeigen. Dabei kann beispielsweise der bis zu einem bestimmten Zeitpunkt erreichte prozentuale Anteil des maximal erlaubten angegeben werden, so daß die Person jederzeit weiß, welche Lärmdosis ihr bereits zugeführt wurde.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, die Schallsignalhöhe, also die Lautstärke zu verringern, wenn die Lärmdosis einen vorgebbaren Wert des Beurteilungspegels überschreitet. Diese Hörschutzfunktion kann vorteilhafterweise von der Person selbst ein-
geschaltet werden. Dabei kann beispielsweise dann, wenn die Lärmdosis 50 % des maximalen Beurteilungspegels überschritten hat, geregelt eine kontinuierliche Verringerung der Schal Isig nah öhe, also der Lautstärke des Schallsignals, und damit wiederum des Schalldrucks, der auf das Gehör der Person auftritt, vorgenommen werden.
Bevorzugt wird dabei die Schallsignalhöhie so verringert, daß der maximale Beurteilungspegel bei Extrapolation der Lärmdosis über ein vorgebbares Zeitintervall nicht erreicht wird.
Die Gehörschutzeinrichtung mit wenigstens einer Schaltungseinrichtung zur Konvertierung eines wenigstens einem Schallübertragungsmittel zuzuführenden oder zugeführten Signals in einen Schalldruck sowie zur Bestimmung des Flächenintegrals des Schalldrucks über einen vorgebbaren Zeitraum und zur Bestimmung des Verhältnisses des Flächenintegrals des Schalldrucks zu einem vorgegebenen maximalen Beurteil ungspegel und mit wenigstens einem Ausgabemittel zum Ausgeben und/oder Anzeigen einer das Verhältnis des Flächenintegrals des Schalldrucks zu dem maximalen Beurteilungspegel repräsentierenden Größe, vorzugsweise des prozentualen Anteils des Schalldrucks am maximalen Beurteilungspegel, weist den Vorteil auf, daß nicht nur der Schalldruck, der am Gehör der Person anlag/anliegt, bestimmt wird, sondern dieser insbesondere auch im Verhältnis zu einem vorgegebenen maximalen Beurteilungspegel, der eine Schädigung des Gehörs gerade noch ausschließt, angezeigt wird. Auf diese Weise kann die Person, die längere Zeit einer Beschallung ausgesetzt ist, beispielsweise durch längeren Gebrauch eines Kopfhörers, erkennen, ob die Lärmdosis, die auf das Gehör eingewirkt hat, zu einer Schädigung des Gehörs führen kann.
Zur Bestimmung der Art der Schalldruckpegelmessung ist bei einer vorteilhaften Ausführungsform wenigstens ein Filtermittel zur Filterung des der Schaltungseinrichtung zuzuführenden Signals vorgesehen. Dieses wenig-
stens eine Filtermittel kann beispielsweise ein Bewertungsfilter mit A-, C-, SPL-Charakteristik oder dergleichen umfassen.
Das wenigstens eine Filtermittel umfaßt vorzugsweise ferner einen Korrekturfilter, mit dem stark unlineare Frequenzgänge des Schallübertragungsmittels ausgeglichen werden. Schließlich weist das Filtermittel vorzugsweise einen Effektivwertfilter zur Ermittlung des Effektivwertes des Signals auf. Dieser Effektivwertfilter ist vorteilhafterweise ein True RMS Typ-Filter mit einer eingebbaren Zeitkonstanten gemäß DIN EN 61672-1.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform ist gekennzeichnet durch ein Signalverarbeitungsmittel zur Änderung, insbesondere Verringerung, des dem Schallübertragungsmittel zuzuführenden Signals in Abhängigkeit von dem Verhältniswert des Flächenintegrals des Schalldrucks zu dem vorgegebenen maximalen Beurteilungspegel. Hierdurch wird ein Regelkreislauf realisiert, durch den die Signalhöhe des Schallübertragungsmittels und damit der Schalldruck am Gehör der Person eingestellt werden kann.
Dieses Signalverarbeitungsmittel kann auch einen Signalbegrenzer (Limiter) aufweisen, durch den das dem Schallübertragungsmittel zuzuführende Signal begrenzt wird. Diese Begrenzung wird insbesondere so eingestellt, daß ein maximaler Schalldruck nie überschritten wird.
Eine Ausführungsform sieht als Schallübertragungsmittel wenigstens ein Mikrofon vor, welches Schallsignale aufnimmt, die in der Schaltungseinrichtung in einen Schalldruck konvertiert werden.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist als Schallübertragungsmittel ein Kopfhörer vorgesehen, dem elektrische Signale zugeführt werden, die in der Schaltungseinrichtung in einen Schalldruck konvertiert werden. Dabei ist vorzugsweise eine weitere Schaltungseinrichtung vorgesehen, mit der ein dem Kopfhörer vorgeschalteter Verstärker so kalibrierbar ist, daß von dem
Kopfhörer ein definierter Schalldruck abgegeben wird. Diese Schaltungseinrichtung ermöglicht es insbesondere, einen Kopfhörerverstärker mit bekannter Verstärkung aufgrund der Kopfhörerkenndaten, nämlich des Kennschall- druckpegels sowie der Nennimpedanz, so zu kalibrieren, daß der erreichte Schalldruck für jedes verwendete Kopfhörermodell derselbe ist. Diese Schaltungseinrichtung löst damit das Problem, daß ein elektrisches Ausgangssignal, beispielsweise das Ausgangssignal des Kopfhörerverstärkers, eine unbekannte akustische Auswirkung abhängig von dem verwendeten Kopfhörertyp erzeugt. Durch diese Schaltungseinrichtung ist es möglich, einen maximal gewünschten Schalldruckpegel, der auf die Person einwirkt, vorzugeben und so einzustellen, daß für jedes beliebige verwendete Kopfhörermodell immer derselbe Schalldruckpegel erzeugt wird.
Diese Schaltungseinrichtung kann rein prinzipiell auch unabhängig von der vorbeschriebenen Gehörschutzeinrichtung zur Bestimmung eines definierten Schalldruckes eingesetzt werden.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine von der Erfindung Gebrauch machende Gehörschutzeinrichtung, bei der das erfindungsgemäße Verfahren zum Einsatz kommt und
Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Gehörschutzeinrichtung, welche von dem erfindungsgemäßen Verfahren Gebrauch macht.
Ein Verfahren zur Vermeidung von Hörschäden wird nachfolgend in Verbindung mit der in der Fig. 1 dargestellten Gehörschutzeinreichtung näher beschrieben.
Einem Schallübertragungsmittel 10, beispielsweise in Form eines Kopfhörers, werden von einem (Kopfhörer-)Verstärker 20 verstärkte elektrische Signale zugeführt. Diese elektrischen Signale werden in dem Kopfhörer 10 in Schallsignale umgewandelt, die an den Ohren 31, 32 einer Person 30 auftreffen.
Insbesondere bei Personen 30, die einer längeren Zeit einer Beschallung durch Kopfhörer 10 ausgesetzt sind, wie beispielsweise Musiker, Tontechniker, Dolmetscher, Radiomoderatoren, etc., besteht die Gefahr, daß die ihnen zugeführte "Lärmdosis" Werte überschritten hat, bei denen von einer Schädigung des Gehörs der Person 30 auszugehen ist.
Um dies zu verhindern, ist eine als Ganze mit 100 bezeichnete Gehörschutzeinrichtung vorgesehen. Diese Gehörschutzeinrichtung 100 stellt im wesentlichen eine Regeleinrichtung dar, welche das dem Kopfhörer 10 zuzuführende Signal derart einstellt, daß die der Person 30 zugeführte Lärmdosis immer in einem Bereich bleibt, in dem eine Schädigung des Gehörs ausgeschlossen ist.
Die Gehörschutzeinrichtung 100 weist eine Schaltungseinrichtung 110 auf, die der Kalibrierung des Kopfhörerverstärkers 20 dient. Durch die Schaltungseinrichtung 110 ist es möglich, einen Kopfhörerverstärker 20 mit bekannter Verstärkung durch ein vorgeschaltetes Stellglied 40 und mit Hilfe der der Schaltungseinrichtung 110 eingegebenen Schallwandlerkenndaten (Kopfhörerkenndaten), nämlich des Kennschalldruckpegels sowie der Nennimpedanz, so zu kalibrieren, daß der erreichte Schalldruck für jedes verwendete Kopfhörermodell derselbe ist. Diese Schaltungseinrichtung 110 löst damit das Problem, daß ein elektrisches Ausgangssignal, vorliegend das Ausgangssignal des Kopfhörerverstärkers 20, eine unbekannte akustische Auswirkung abhängig von dem verwendeten Kopfhörertyp erzeugt. Die Schaltungseinrichtung 110 ist, anders ausgedrückt, in der Lage, anhand der Kopfhörerdaten zu berechnen, welchen Schalldruckpegel eine bestimmte "Ausgangslautstärke", d.h. Ausgangsspannung des Kopfhörerverstärkers 20
bei dem verwendeten Kopfhörermodell erzeugt. Es ist durch diese Schaltungseinrichtung 110 somit möglich, einen maximal gewünschten Schalldruckpegel, der auf die Person 30 einwirkt, vorzugeben und mit Hilfe des Stellglieds 40 das Ausgangssignal des Kopfhörerverstärkers 20 so zu kalibrieren, daß für jedes beliebige Kopfhörermodell immer derselbe Schalldruckpegel erzeugt wird. Es ist hervorzuheben, daß diese Schaltungseinrichtung 110 auch unabhängig von der nachfolgend beschriebenen, die Lärmdosis ermittelnden und anzeigenden Schaltungseinrichtung 120 betrieben werden kann.
Um die auf eine Person 30 einwirkende Lärmdosis zu bestimmen und auszugeben, ist eine als Ganze mit 120 bezeichnete Schaltungseinrichtung vorgesehen. Die Schaltungseinrichtung 120 umfaßt zunächst ein Filtermittel 124, mit dem stark unlineare Frequenzgänge von Schallwandlern, also vorliegend des Kopfhörers 10, durch ein gerätespezifisches Korrekturfilter ausgeglichen werden können. Des weiteren ist die Auswahl eines Bewertungsfilters zur Bestimmung der Meßart (dBA, dBC, dBSPL und dergleichen) vorgesehen. Geeignete genormte Filterkurven sind A, C etc..
Ferner ist ein Effektivwertfilter 125 zur Ermittlung des Effektivwertes des Meßsignals vorgesehen, welcher bevorzugt als True RMS Typ realisiert wird. Diesem Effektivwertfilter 125 wird ein externes Signal zugeführt, welches die Zeitkonstante der Meßcharakteristik nach DIN EN 61672-1 bestimmt. Anwendbare Charakteristiken sind Slow, Fast, Peak etc.
Das so gefilterte und verarbeitete Signal wird sodann einer Schaltungseinrichtung 126 zugeführt, in der unter Einbeziehung der Schallwandlerkenndaten der Schalldruck aus dem gemessenen elektrischen Signal errechnet und das Flächenintegral des Schalldrucks über die gesamte Benutzungsdauer, im folgenden kurz als "Lärmdosis" oder "Beurteilungspegel" bezeichnet, berechnet wird. Das Ergebnis dieser Berechnung ist die Bestimmung der seit Betriebsbeginn aufgetretenen Lärmdosis (des Beurteilungspegels). Diese
Lärmdosis kann ausgegeben und beispielsweise in einem Anzeigemittel 127 der Person 30 angezeigt werden. Um eine für die Person 30 angenehme Anzeigeform zu realisieren, kann für die errechnete Lärmdosis eine Gewichtung zu einer einzugebenden, gewünschten maximalen Lärmdosis vorgenommen werden. Hierdurch wird die Anzeige der bisher erhaltenen Lärmdosis, z.B. in Form eines prozentualen Anteils der eingegebenen maximalen Lärmdosis ermöglicht.
Die Schaltungseinrichtung 126 kann gewissermaßen als "Lärmtankuhr" bezeichnet werden, die der Person 30 ähnlich einer Tankuhr in einem Fahrzeug anzeigt, wieviel von der dem Gehör maximal zuzuführenden Lärmdosis bereits "verbraucht" ist. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die gesamte, der Person 30 zugeführte Lärrndosis erfaßt wird.
Unabhängig von der Anzeige der so gebildeten "Lärmtankuhr" kann die Person 30 durch ein Schaltermittel 129 ein Signalverarbeitungsmittel 128 einschalten, durch welches das dem Kopfhörer 10 zuzuführende Signal durch Zugriff auf das Stellmittel 40 verringert wird, wenn das Flächenintegral des Schalldrucks (Lärmdosis) einen vorgebbaren Wert des Beurteilungspegels überschreitet. Dieser vorgebbare Wert des Beurteilungspegels kann beispielsweise 50 % des maximal zulässigen Beurteilungspegels betragen. Wenn also die Lärmdosis 50 % des maximal zulässigen Beurteilungspegels überschritten hat, wird durch das Signalverarbeitungsmittel 128 die Höhe des dem Kopfhörer 10 zuzuführenden Schallsignals verringert. Die Verringerung kann dabei kontinuierlich so vorgenommen werden, daß sichergestellt ist, daß bei Extrapolation des Zeitintegrals des Schalldrucks über ein vorgegebenes Zeitintervall der maximale Beurteilungspegel nicht erreicht wird. Das dem Kopfhörer 10 zuzuführende Signal und damit das Schallsignal, das an den Ohren 31, 32 auftrifft, wird dabei gewissermaßen asymptotisch so verringert, daß der maximale Beurteilungspegel, das heißt mit anderen Worten die maximale Lärmdosis, niemals überschritten wird.
Die Gehörschutzeinrichtung stellt damit eine Regeleinrichtung dar, die verhindert, daß eine gefährliche Lärmdosis an den Ohren 31, 32 der Person 30 auftritt.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, daß die Höhe des Schallsignals reduziert und/oder limitiert wird, wenn der Schalldruck einen vorgegebenen weiteren Schwellenwert überschreitet. Die Reduzierung der Schallsignalhöhe findet in diesem Falle unabhängig von der Person 30 statt. Auf diese Weise wird ein sogenannter und vorstehend beschriebener "Limiter" realisiert.
Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens wird in Verbindung mit der in Fig. 2 dargestellten Gehörschutzeinrichtung nachfolgend erläutert, wobei in Fig. 2 gleiche Gegenstände mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen sind, so daß bezüglich deren Beschreibung auf die vorstehenden Ausführungen vollinhaltlich Bezug genommen wird. Im Gegensatz zu der in Fig. 1 dargestellten Gehörschutzeinrichtung wird bei der in Fig. 2 dargestellten Gehörschutzeinrichtung nicht das einem Kopfhörer 10 zuzuführende Signal erfaßt, sondern es wird der Schaltungseinrichtung 126 ein entsprechend gefiltertes und verarbeitetes Signal eines Schallwandlers in Form eines Mikrofons 15 zugeführt. Das Mikrofonsignal wird verarbeitet und wiederum die von dem Mikrofon 15 erfaßte Lärmdosis, d.h. die Lärmdosis, die auf das Mikrofon eingewirkt hat, verarbeitet und in der Anzeigeeinrichtung 127 angezeigt. Die in Fig. 2 dargestellte Gehörschutzeinrichtung arbeitet damit gewissermaßen als Meßeinrichtung zur Erfassung eines über längere Zeit auf das Mikrofon einwirkenden Schalldruckpegels und damit zur Erfassung und Anzeige der beispielsweise in einem Raum aufgetretenen und auf anwesende Personen eingewirkten Lärmdosis.
Eine solche Meßeinrichtung kann wiederum in einen Regelkreislauf eingebunden werden, wobei in diesem Falle auf der Basis des von der Meßeinrichtung verarbeiteten Signals Lautsprecher, Kopfhörer oder andere schallerzeugende Mittel im Raum mit entsprechenden Signalen beaufschlagt werden.